TP Chimie 3. Conductimétrie. I- Conductivité d'un électrolyte. I.1 Conductivité molaire d'un ion
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- Ève Ghislaine Crépeau
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1 TP Chimie 3 Conductimétrie I- Conductivité d'un électrolyte Solution électrolytique : solution contenant des ions. C'est une milieu conducteur. Le passage du courant est assuré par le mouvement des ions : ˆ cations migrent vers le pôle négatif ˆ anions migrent vers le pôle positif I.1 Conductivité molaire d'un ion Sous l'action d'un champ électrique E, un ion acquiert une vitesse limite v proportionnelle à E : ˆ v = µ+ E pour les cations, ˆ v = µ E pour les anions. µ + et µ dépendent : ˆ de la viscosité du solvant, ˆ de la concentration des ions, ˆ de la taille des ions. Dénition : la conductivité ionique molaire λ i d'un ion M z i+ i : λ i = z i µ i F Lorsque les solutions sont diluées, on dénit la conductivité ionique molaire limite (ou à concentration nulle) : λ i en S.m2.mol 1 dont la valeur est tabulée pour chaque ion. ion λ i ion λ i ion λ i H 3 O + 34,98 F e 2+ 10,70 IO3 4,07 Li + 3,864 Co 2+ 11,0 HSO3 5,8 Na + 5,011 Ni 2+ 10,8 HSO4 5,2 K + 7,35 Al 3+ 18,9 HS 6,5 Rb + 7,720 F e 3+ 20,4 MnO4 6,1 Cs + 7,677 Cr 3+ 20,1 HCO3 4,45 NH 4 + 7,34 Ce 3+ 20,97 H 2 P O4 3,6 Be 2+ 9,0 OH 19,92 HP O4 2 11,4 Mg 2+ 10,61 F 5,54 SO3 2 14,4 Ca 2+ 11,9 Cl 7,634 SO Ba 2+ 12,73 I 7,70 CrO4 2 16,6 Cu 2+ 10,72 CN 8,2 CH 3 COO 4,09 Table 1 conductivités molaires à concentration nulle λ i de quelques ions en ms.m 2.mol 1 TSI 1 C. Boyer Vion Lycée du Hainaut - Valenciennes Année /7
2 I.2 Conductivité molaire d'une solution Pour une solution diluée, la conductivité molaire de la solution est donnée par : σ= X exemple : conductivité d'une solution de N acl non saturée. λ i ci i II- Mesures conductimétriques On mesure la II.1 conductivité σ des solutions électrolytiques par conductimétrie. Principe de fonctionnement On mesure la mesure : résistance de la solution piégée dans la cellule de R=ρ On utilise une cellule de mesure constituée de deux plaques de platine recouvertes de platine nement divisé (noir de platine). l s La résistivité ρ de la solution est liée à la conductivité de la solution σ par : σ = ρ1. On a donc : σ= l 1 = kcell G sr où G est la conductance de la solution : G = kcell = nage. l s 1 R, représente la constante de cellule déterminée par étalon- Le conductimètre donne la conductivité de la solution σ en S.m 1 ou la conductance G en S. Figure 1 Cellule conductimétrique TSI 1 C. Boyer Vion Lycée du Hainaut - Valenciennes Année /7
3 II.2 Réalisation pratique des mesures Un conductimètre est un ohmmètre. Il est alimenté en courant alternatif, an que les mesures ne soient pas perturbées par des réactions d'électrolyse. Remarques : ˆ On nettoie les cellules à l'eau distillée, ˆ les mesures sont très sensibles à la température, il faut donc attendre que la cellule, le récipient et la solution soient en équilibre thermique, ˆ Veiller à ne pas emprisonner de bulle d'air entre les plaques de platine, ˆ Arrêter l'agitation lors de la lecture. Pour déterminer la constante de cellule k cell, on utilise une solution étalon de Chlorure de potassium KCl à 0,100 mol.l 1 de conductivité connue. ex : à 20 C, σ(kcl) = 11, 67 ms.cm 1 II.3 Étalonnage du conductimètre Avant de faire les mesures de conductimétrie, il faut étalonner le conductimètre. Pour ce faire, on utilise une solution dont on connaît la valeur de la conductivité. On étalonne ici avec une solution de chlorure de potassium K + + Cl à C = 0, 1 mol.l 1. Principe de l'étalonnage : voir annexe La cellule conductimétrique doit être systématiquement rincée et légèrement séchée après chaque utilisation. Entre les utilisations, il est recommandé de la laisser dans un bêcher contenant de l'eau distillée. TSI 1 C. Boyer Vion Lycée du Hainaut - Valenciennes Année /7
4 III- Application 1 : Détermination d'une constante d'équilibre III.1 Préparation préalable L'acide éthanoïque CH 3 CO 2 H, également appelé acide acétique, réagit de façon limitée avec l'eau selon l'équation chimique : CH 3 CO 2 H (aq) + H 2 O (l) = CH 3 CO 2(aq) + H 3O + (aq) ˆ Exprimer la constante d'équilibre Q associée à l'équation de cet équilibre chimique en fonction des concentrations des diérentes espèces. Le système étudié correspond à un volume V de la solution obtenue en dissolvant n i mol d'acide éthanoïque dans l'eau. La solution a pour concentration C = n i V. ˆ Compléter le tableau d'avancement suivant : CH 3 CO 2 H (aq) +H 2 O (l) = CH 3 CO 2(aq) +H 3 O + (aq) E.I. En cours de transformation Etat d'équilibre nal ˆ Dans l'état d'équilibre nal, exprimer en fonction de x f, n i et V les concentrations nales suivantes : [CH 3 CO 2 H] f, [CH 3 CO 2 ] f, et [H 3 O + ] f. ˆ Exprimer la constante d'équilibre K 0 en fonction de x f, n i et V. TSI 1 C. Boyer Vion Lycée du Hainaut - Valenciennes Année /7
5 III.2 Mesures conductimétriques La mesure de la conductivité σ de la solution permet d'accéder aux concentrations des ions présents et donne de ce fait accès à la composition de la solution dans l'état nal. ˆ Exprimer σ en fonction des concentrations molaires des ions présents et de leurs conductivités molaires ioniques λ 0 i. ˆ Donner l'expression de x f en fonction de σ. ˆ Mesurer les conductivités de solutions d'acide éthanoïque de concentrations mol/l, 2, mol.l 1 et mol.l 1. Vous utiliserez les solutions fournies, et eectuerez des dilutions si nécessaire. ˆ Remplir le tableau ci-dessous : concentrations (en mol/l 1 ) , conductivité σ avancement à l'équilibre x f constante d'équilibre K 0 ˆ Comparer la constante obtenue à la valeur théorique K 0 = 1, ˆ Justier que la constante d'équilibre est indépendante des concentrations initiales. TSI 1 C. Boyer Vion Lycée du Hainaut - Valenciennes Année /7
6 IV- Application 2 : Dosage du vinaigre On veut doser, par une méthode conductimétrique, l'acide faible contenu dans le vinaigre (acide acétique CH 3 C0 2 H) par une solution de base forte (hydroxyde de sodium ou soude (Na + + OH ) aq ) de concentration c b = 0, 1 mol.l 1 connue. On note c a la concentration de l'acide recherchée et V a le volume dosé. On notera V b le volume de soude versée. La réaction de dosage de constante d'équilibre K 0 = 10 9,2 est : CH 3 CO 2 H + HO CH 3 CO 2 + H 3 O + ˆ Faire le schéma du dispositif. ˆ Protocole expérimental : Le vinaigre pur étant trop concentré, préparer une solution de vinaigre diluée 10 fois (utiliser la verrerie appropriée). Prélever à l'aide de la pipette jaugée 10 ml la solution à doser et les placer dans un bécher de 150 ml. Ajouter environ 50 ml d'eau distillée pour que l'électrode soit complètement imergée. Plonger la cellule conductimétrique dans la solution. Agiter la solution en prenant garde de ne pas choquer les électrodes. Préparer la burette graduée avec la solution de soude. Eectuer le dosage en mesurant tous les ml la conductivité de la solution. V b (ml) σ Tracez sur papier millimétré σ en fonction de V b. Notez le volume équivalant V b,eq = TSI 1 C. Boyer Vion Lycée du Hainaut - Valenciennes Année /7
7 ˆ Exploitation des résultats : Retrouver la concentration molaire de la solution dosée. Le degré acétique d'un vinaigre indiqué sur la bouteille représente la masse d'acide acétique contenue dans 100 ml de vinaigre. Vériez l'indication de l'étiquette de la bouteille de vinaigre. TSI 1 C. Boyer Vion Lycée du Hainaut - Valenciennes Année /7
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